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DE2621383A1 - Verfahren zum einbringen von implantaten in knochen und vorrichtung dazu - Google Patents

Verfahren zum einbringen von implantaten in knochen und vorrichtung dazu

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Publication number
DE2621383A1
DE2621383A1 DE19762621383 DE2621383A DE2621383A1 DE 2621383 A1 DE2621383 A1 DE 2621383A1 DE 19762621383 DE19762621383 DE 19762621383 DE 2621383 A DE2621383 A DE 2621383A DE 2621383 A1 DE2621383 A1 DE 2621383A1
Authority
DE
Germany
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spring
bone
movement
brake
threaded pin
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19762621383
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English (en)
Inventor
Karl Ing Grad Berner
Helmut Prof Dr Ing Grell
Juergen Ing Grad Koltermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gardner Denver Deutschland GmbH
Original Assignee
Gardner Denver Deutschland GmbH
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Publication date
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Priority to SE7705611A priority patent/SE7705611L/xx
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61F2/4603—Special tools or methods for implanting or extracting artificial joints, accessories, bone grafts or substitutes, or particular adaptations therefor for insertion or extraction of endoprosthetic joints or of accessories thereof
    • A61F2/4607—Special tools or methods for implanting or extracting artificial joints, accessories, bone grafts or substitutes, or particular adaptations therefor for insertion or extraction of endoprosthetic joints or of accessories thereof of hip femoral endoprostheses
    • A—HUMAN NECESSITIES
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Description

P 2β 21 383-2 A 35 ο96 - rea
Deutsche Gardner-Denver
Gesellschaft mit beschränkter Haftung
Westhausen., Krs. Aalen
7o8l Westhausen -/3 Oktober I976
\J
h 3 \ NAOhqereicht
Vorrichtung zum Einbringen von
Implantaten in Knochen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen eines medizinischen Befestigungselementes in Knochen. Bisher
wurde beispielsweise bei der operativen Einbringung eines
künstlichen Gelenkzapfens in den Oberschenkelknochen dieser in den menschlichen Knochen lediglich eingedreht oder durch Einschneiden eines Gewindes in diesem befestigt. Da die hierzu erforderlichen mechanischen Kräfte, insbesondere das zum Eindrehen eines Gewinde zapf ens erforderliche Drehmoment -verhältnismäßig groß ist, wird der Patient bei der Benutzung
der bekannten Vorrichtungen außerordentlich starken Beanspruchungen ausgesetzt, die den operativen Vorgang sehr erschweren. Hinzu kommt, daß mit den bisherigen Vorrichtungen ein viel zu großer Zeitaufwand verbunden ist, wodurch die Belastung für den Patienten ebenfalls erhöht wird.
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-z-
Durch die Erfindung soll eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art geschaffen werden, welche die mechanischen und die damit verbundenen operativen Nachteile vermeidet, in dem der Vorgang des Einschneiden des Aufnahmegewindes im Knochen selbst und der des Einbringens des Befestigungselementes in dieses Gewinde des Knochens mechanisch und somit auch zeitlich zusammengelegt werden, so daß der Patient erheblich geringeren Gesamt belastungen und Beanspruchungen ausgesöbzt ist und der operative Vorgang selbst zeitlich verkürzt v/erden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Vorrichtung Mittel zur Erzeugung einer oszillierenden Drehschwingbewegung mit überlagerter Vorschubbewegung aufweist und daß Antriebs- und Verbindungsmittel für das in den Knochen einzubringende Befestigungselement 25 vorgesehen sind.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, beispielsweise beim Oberschenkelknochen in eine zuvor eingebrachte konische Ausnehmung des Röhrenknochens, die etwa dem Konus des einzubringenden Befestigungselementes,'z.B. eines Gewindezapfens, entspricht, diesen zunächst in die vorbereitete Aufnahme des Knochens einzuführen und dann nach Einführen diesen in hin- und hergehende Drehschwingbewegungen zu versetzen, derart, daß sich der Gewindezapfen in der einen Richtung der Drehschwingbewegung in den Röhrenknochen selbst einschleift und in der entgegengesetzten Drehschwingbewegungsrichtung für die nächstfolgende Einschleif-Schwingbewegung gelöst wird, wobei ernährend einer solchen Einschleif-Drehschwingbewegung gleichzeitig einer in Eindringrichtung wirkenden Vorschubkraft unterworfen ist.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal der erfindungsgenäBen Vorrichtung besteht darin, daß zur Erzeugung der DrehschwiigDewegungen ein Feder-Masse-Dämpfungs-System vorgesehen ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ferner einen sogenannten "selbstschleifenden" Gewindezapfen auf, der zur Erzielung der selbstschleifenden Wirkung mit einer schleifend wirksamen Oberfläche versehen ist. Dieser "selbstäshleifende" Gewindezapfen wird durch die Vorrichtung in Drehschwingungen mit überlagerter Vorschubbewegung versetzt. Die schleifend wirksame Oberfläche des Gewindezapfens bewirkt dabei, daß das Gewinde sich in den Knochen selbst einschleift. Drehmasse, Drehschwingfrequenz und Amplitude sind dabei vorzugsweise so auf die Masse des Knochens als dem Muttergewindeträger abstimmbar, daß auf diesen nur ein kleines und verträgliches Reaktionsmoment wirkt.
Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, den Zeichnungen und den Ansprüchen.
Ein weiterer Verteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt insbesondere darin, daß nur noch ein Bruchteil desjenigen Drehmomentes zur Einbringung eines Befestigungsteiles, wie beispielsweise eines Gewindezapfens, in menschliche oder tierische Knochen angewandt werden muß, wie es bei dem bisher üblichen Gewindeschneiden und einfachen Eindrehen solcher Befestigungsteile erforderlich war.
In der Zeichnung ist in
Fig. 1 eine beispielsweise Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens im Längsschnitt dargestellt. Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung der Fig. 1 einen
Teilausschnitt nach Fig. 1. 709848/0152
-X-
Die Einschwingvorrichtung nach Fig. 1 besteht aus einem kraftbetriebenen an sich bekannten Handgerät 1 mit elektrischem oder pneumatischem Antriebsmotor 2t Getriebe 3, sowie einer Überratschkupplung 4, 5, 6, 7, die ebenfalls in bekannter Weise ausgeführt sein kann. Die Überratschkupplung 4 bis 7 ist in dem Gehäuse 8 untergebracht. Darüber hinaus ist ein Feder-Masse-Dämpfungs-System vorgesehen. Es besteht aus einer größeren Anzahl federnder Bolzen 11, dem abtriebsseitigen Kupplungsteil 7 und der formschlüssig daran befestigten Schwungscheibe lo. Die Schwungscheibe Io bildet gleichzeitig das Gegenlager für die Federbolzen 11, die zur Längsachse des Motors und der Schwungscheibe Io gesehen gleichmäßig auf einem Loehkreis verteilt angeordnet sein können.
Zur Halterung des Werkzeuges ist eine Schiebehülse 21 mit nicht näher dargestelltem Bayonettverschluß, ein Werkzeugaufnahmeschaft 22, sowie die Befestigungsschraube 27 vorgesehen, deren Gewindeabschnitt in dem Kopf des zu implantierenden Gewindezapfens 2.5 eingeschraubt wird.
Wie bereits ausgeführt, sind die Federbolzen 11 in axialer Richtung auf einem Loehkreis liegend angeordnet und abtriebsseitig in der Schwungscheibe lo, die ein Federbolzengegenlager bildet, gelagert. Auf der Motorseite sind die Bolzen 11 im Bremsring 12 befestigt. Dieser Bremsring 12 ist gleitend auf einem Bremslager 13 gelagert, das im Ausführungsbeispiel eine Umfangsfläche des Kupplungsgehäuses ist. Somit gleitet der Bremsring 12 gleichzeitig auf dem Kupplungsgehäuse 8. Mit seiner dem Motor zugewandten radialen Ringfläche liegt der Bremsring 12 an einer Bremsscheibe l6 an, die über einen am Kupplungsgehäuse 8
-5-
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befestigten Bolzen 19* der in eine Nut 2o der Bremsscheibe l6 eingreift, das Mitdrehen dieses Bremsringes 12 verhindert. Somit bildet die Radialfläche 14, gegen welche der Bremsring 12 ebenfalls anliegt, gleichfalls eine Bremsfläche. Die Bremskraft selbst, welche von der Bremsscheibe 16 auf den Bremsring 12 ausgeübt wird und damit auf die Bremsfläche 14 und 15 einwirkt, kann über eine Spannmutter l8 und die mit ihr zusammenwirkende Feder eingestellt werden.
Der zu implantierende Gewindezapfen 25 weist antriebsseitig einen Konus 26 auf. Der Gewindezapfen 25 ist über diesen Konus 26 und der in ihn eingeschraubten Befestigungsschraube 27 .kraftschlüssig in dein Aufnahmeschaft des erfindungsgemäßen Werkzeuges befestigt. Zur Vermeidung von Kantenpressung am Konus 26, der emailliert ausgeführt ist, weist der Werkzeugaufnahmeschaft 22 eine Ausnehmung 23 auf, welche zur Schonung des Aufnahmeschaftes mit einer Füllung 24, beispielsweise aus Hartgewebe, versehen ist.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Beim Einschalten des Antriebsmotors 2 wird über das Getriebe j5 die Übe rutschkupplung 4 bis J, das Feder-Masse-Dämpfungs-System lo, 11, 12 und die übrigen auf der Abtriebsseite befindlichen Drehmassenteile 21, 22, 27 der Gewindezapfen 25 in eine Rechtsdrehung versetzt. Durch die gleichzeitig auf das Gerät von Hand ausgeübte Vorschubkraft bewegt sich bei dieser Rechtsdreh-ung der zu implantierende Zapfen 25 um ein geringes Maß in den Knochen hinein.
Infolge des Energieverlustes des mit einer schleifend wirksamen Oberfläche versehenen, selbstschleifenden Gewindezapfens 25* der bei dieser Rechtsdreh-ung und gleichzeitigen
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AO
Vorschubbewegung auftritt, wird die Rechtsdreh- bzw. Vorwärtsbewegung des selbstschleifenden GewindeZapfens relativ schnell abgebremst und gestoppt. Hierbei wird die Überratschkupplung gelöst, so da3 eine zweite aufgebaute Vorspannung der Federstäbe 11 durch die Drehmasse wirksam wird, indem die in den Federstäben 11 gespeicherte Energie dann die Drehmasse wieder in eine zur Vorschubdreh* bewegung entgegengesetzte Drehbewegung zurückschwingen läßt, wobei nach dem Nulldurchgang der Gewindezapfen 25 wieder gelöst wird. Durch eine entsprechende Abstimmung der Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems 7, lo, 11, 21, 22, 25, 27 auf die Schlagfrequenz der Kupplung k, 5, 6, 7 des kraftbetriebenen Handgerätes 1 wird erreicht, daß der Gewindezapfen 25 und die Drehmasse 7, lo, 21, 22, 25, 27 nach Durchlauf der ersten Drehschwingung erneut beschleunigt wird. Es hat sich gezeigt, daß eine Drehschwingfrequenz von 50 Hz eine bevorzugte Frequenz für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
Durch eine entsprechende Vorspannung der Feder 17 der i'ederbeiasteten Bremsscheibe ±6 gleicen am Ende jeaer in Vorwärtsrichtung gerichteten Schwingung, also beispielsweise einer Rechtschwingung, die Reibflächen Ik3 15 zwischen Bremsring 12 und Gehäuse 8, wodurch eine genaue definierbare, überlagerte Drehvorschubbewegung entsteht. Der Axialvorschub des Gewindezapfens 25 wird beim Einschleifen des Gewindes in der Anfangsphase durch leichtes Andrücken und dann durch die Gewindesteigung bewirkt»
Der Vorteil dieser Vorrichtung besteht insbesondere auch darin, daß nur ein sehr geringer, genau einstellbarer Teil des wirkenden Drehmomentes über den Gewindezapfen in den
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AA
menschlichen oder tierischen Knochen eingeht, so daß dadurch die Belastung während der Operation gering ist. Dabei hat sich gezeigt, daß außer der bevorzugten Drehschwingung mit einer Frequenz von wenigstens 50 Hz ein Winkelausschlag der Drehschwingung von ^ ί 5° besonders zweckmäßig ist.
Es ist vorteilhaft, im Bereich des einzuschleifenden Gegengewindes des Knochens vor dem Einschleifen den Knochen bis auf eine Gewindekernfläche des späteren Gegengewindes vorbereitend abzuarbeiten. Dies geschieht vorzugsweise durch Fräsen. Bei diesem Arbeitsgang wird jedoch lediglich überschüssiges Knochengewebe entfernt, das für die spätere Tragfunktion im Gewindebereich nicht erforderlich ist. Auch hierdurch wird die Einbringung des Gewindezapfens oder eines ähnlichen Halte- bzw. Befestigungselementes wesentlich erleichtert.
Im einzelnen erfolgt die Durchführung der Montage des E°festigungsteils, beispielsweise des C-evri.ndezap.fens 25 in den Oberschenkelknochen 28 wie folgt:
Nachdem im Bereich des späteren Gegengewindes des Röhrenknochens die Gewindekernfläche des späteren Gegengewindes vorbereitend abgearbeitet worden ist, erfolgt der Einschwingvorgang des Gewindezapfens 25 mit der Einschwingvorrichtung nach Fig. 1.
Vor dem Einschwingvorgang wird der zu implantierende Gewindezapfen 25 mit seinem Außenkonus 26 in den Innenkonus des Werkzeugaufnahmeschaftes 22 gesteckt und mittpls der Befestigungsschraube 27 kraftschlüssig mit diesem verbunden.
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- JS -
Dar Werkzeugaufnahmeschaft 22 seinerseits wird über die Schiebehülse 21 des Bajonettverschlusses arretiert und dadurch mit der Einschwingvorrichtung unverrückbar verbunden. Das nun für den Einschwingvorgang vollständig vorbereitete Gerät wird mit dem Gewindezapfen 25 voraus in dem vorbearbeiteten Röhrenknochen 28 angesetzt und betätigt. Zuerst erfolgt ein leichter manueller Axialdruck, bis die Gewindegänge des Gewindezapfens 25 eine leichte Kontur in den Knochen eingeschliffen haben, danach erfolgt der axiale Vorschub durch das Einschleifen des Gewindes nach Maßgabe der Gewindesteigung. Der Einschwing Vorgang dauert an, bis eine definierte Tiefenlage des Gewindezapfens 25 im Röhrenknochen 28 erreicht ist. Nach dem Einschwingvorgang wird der Werkzeugaufnahmeschaft 22 aus seiner Arretierung im Bajonettverschluß durch manuelle Betätigung der Schiebehülse 21 gelöst und die Einschwingvorrichtung abgenommen. Das kegelige Ende 2.6 des implantierten Gewindezapfens 25 ist jetzt die definierte Basis für die weitere Bearbeitung des unregelmäßig geformten Oberschenkelknochens 28. Der noch mit dem implantierten Gewindezapfen 25 verbundene Werkzeugaufnahmeschaft 22 wird nun für die weiteren spangebenden Arbeiten am Oberschenkelknochen 28 verwendet.
Nach Abschluß der nachfolgenden Arbeitsgänge wird der Werkzeugaufnahmeschaft 22 durch Lösen der Befestigungsschraube 27 vom Gewindezapfen 25 gelöst.
Das beim Lösen entstehende Reaktionsmoment wird mittels eines Hilfswerkzeuges an der zweckentsprechend geformten Kontur 29 des Werkzeugaufnahmeschaftes 22 aufgefangen.
An dem kegeligen Ende 26 des implantierten Gewinde zap fens wird nunmehr das Ergänzungsteil des Implantats befestigt.
709848/0152 {*·»!»»<*·> -9--

Claims (12)

  1. P 26 21 38^.2
    Deutsche Gardner-Denver A 35 096 - rea
    Gesellschaft mit beschränkter Haftung *« -., .
    Westhausen, Krs. Aalen I ^. UKl.
    Ansprüche : jnaoHGEREIOht
    Vorrichtung zum Einbringen eines Befestigungselementes in Knochen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Mittel zur Erzeugung einer oszillierenden Drehschwingbewegung mit überlagerter Vorschubbewegung aufweist und daß Antriebs- und Verbindungsmittel für das mit schleifender Bewegung 3n den Knochen einzubringende Befestigungselement (25) vorgesehen sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, daiirch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung der Drehschwingbewegung auf einen Frequenzbereich ausgelegt sind, der mindestens 50 Hz beträgt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Auslegung der Mittel zur Erzeugung der Drehschwingbewegung derart, daß die Drehschwingung einen Winkelausschlag von höchstens ± 5° aufweist.
    - Io 709848/0152
    ORIGINAL INSPECTED
  4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Befestigungselementes (25), beispielsweise eines Gewindezapfens, mit einer schleifend wirksamen Oberfläche versehen ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem pneumatisch oder elektrisch angetriebenen Gerät, vorzugsweise Handgerät (l), besteht, das eine Überholkupplung, vorzugsweise Uberratschkupplung (4 bis 7), sowie ein Feder-Masse-Dämpfungs-System (lo, 11, 12) aufweist, welches abtriebsseitig vorzugsweise über eine Schiebehülse (21) mit einem das zu implantierende Teil, beispielsweise einen Gewindezapfen ( 25), aufnehmenden Werkzeugschaft (22) verbunden ist.
  6. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß das Feder-Masse-Dämpfungs-System (lo, 11, 12) aus einer axial auf dem abtriebsseitigen Kupplungsteil (7) der Uberratschkupplung (4 bis 7) angeordneten, vorzugsweise scheibenförmigen Schwungmasse (lo) besteht, an welcher mindestens ein Ende einer Feder, vorzugsweise die Enden mehrerer federnder Bolzen oder Stäbe (11), befestigt sind und daß das andere Ende der Feder bzw. die anderen Enden der federnden Bolzen bzw. Stäbe (11) mit einem Bremsring (12) verbunden sind.
    - χι -
  7. 7· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsring (12) mindestens mit einer als Bremse wirkenden Reibfläche (14 bzw. 15) kraftschlüssig am Gehäuse (8) anliegt.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsfläche zwischen Bremsring (12) und Gehäuse (8) aus einer radialen Reibfläche (14) und einer axial zur Gehäuseachse liegenden Gleitfläche (I3) besteht.
  9. 9. Vorrichtung nach einem oder/mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Größe des Bremsmomentes eine Spannmutter (18) vorgesehen ist, welche durch eine Feder (I7) belastet ist.
  10. 10. Vorrichtung nach einem aäer mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (17) zwischen Bremsscheibe (16) und Spannmutter (18) angeordnet ist und daß die Bremsscheibe (16) vorzugsweise
    • mittels eines Stiftes (I9) am Gehäuse (8) formschlüssig gelagert ist und daß der Stift (I9) in eine Nut (2o) der Bremsscheibe (16) eingreift.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schwungscheibe (lo) und Werkzeugaufnahmeschaft «(22) eine formschlüssig wirkende Schiebehülse (21) vorgesehen ist.
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    - 12 -
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis H3 dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugaufnahmeschaft (22) eine vorzugsweise konusartige Ausnehmung (23) zur Aufnahme des konusförmigen Endes des Gewindezapiens (25) aufweist und daß zwischen diesem und der Ausnehmung (23) eine Füllung (24) beispielsweise aus Hartgewebe vorgesehen ist.
    709848/0152
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